Bài giảng Cơ sở khoa học vật liệu: Kiểu cấu trúc - Cao Xuân Việt

Chia sẻ: Thiên Lăng Sở | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:69

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Cơ sở khoa học vật liệu: Kiểu cấu trúc - Cao Xuân Việt cung cấp cho học viên những kiến thức về lỗ trống trong cấu trúc lập phương, cấu trúc lục giác sít chặt, lỗ trống trong cấu trúc lục giác sít chặt, lập phương nguyên thủy,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cơ sở khoa học vật liệu: Kiểu cấu trúc - Cao Xuân Việt

KIỂU CẤU TRÚC - KIỂU CẤU TRÚC: -Mô hình cấu trúc của một loại tinh thể đại diện cho một lớp các hợp chất. -Phần tử cùng bán kính: -Kim loại: Cấu trúc cơ bản là lập phương và lục giác -Carbon: Kim cương, grafite, C60 -Phần tử khác bán kính: Ceramic -Anion lập phương và lục giác, cation xen vào lỗ trống. -Các kiểu: MX, MX2, MX3, M2X3, MXnOy -Không có kiểu cấu trúc riêng cho 4 cấu tử trở lên.
CÙNG BÁN KÍNH  Bao gồm cấu trúc các kim loại và kim cương  Kiểu cấu trúc đặc trưng kim loại: - Lập phương & - Lục giác sít chặt  Các dạng thù hình của Các bon: - Kim cương - Grafit - Fuleren (C60)
1-KIM LOẠI LỖ TRỐNG TRONG CẤU TRÚC LẬP PHƯƠNG  Vị trí lỗ trống trong không gian giữa các phần tử:  -các lỗ trống giữa các tứ diện (của cấu trúc lập phương) hoặc  -bát diện (của cấu trúc lập phương tâm mặt) được chỉ ra trên H.1.14.
2- KIM LOẠI CẤU TRÚC Lôùp A LỤC GIÁC SÍT CHẶT  Theo hệ tọa độ biểu diễn các tham số c Lôùp B mạng, xác định vị trí các phần tử theo tọa độ này. Ví dụ: Lôùp A  Viết 0,0,0; 2/3,1/3, 1/2, có nghĩa: a - nếu coi các phần tử ở nút mạng có tọa độä a = 0; b = 0; c = 0 - thì phần tử kia coù toïa ñoä 2/3a,1/3b,1/2c.  Khoaûng caùch hai nguyeân töû lieàn keà: a2 c2  3 4
LỖ TRỐNG TRONG CẤU TRÚC LỤC GIÁC SÍT CHẶT  Thể tích lấp đầy không gian 74,05%. c 8  Tỷ số các tham số ô mạng:   1,633 a 3  Thực tế, tỷ lệ biến động.Với tinh thể Zn: 1,86; Ti: 1,58; Be:1,56; Cd: 1,89; và Mg: 1,62.  Tn lỗ trống: 8 mặt lục giác hoặc tứ diện lục giác để phân biệt với các lỗ trống từ cấu trúc lập phương.
SỐ LƯỢNG LỖ TRỐNG TRONG CÁC KIỂU CẤU TRÚC LẬP PHƯƠNG VÀ LỤC GIÁC SÍT CHẶT KIỂU CẤU TRÚC KIỂU LỖ SỐ LƯỢNG TRỐNG LẬP PHƯƠNG Tâm mặt Tứ diện 8 Bát diện 4 Tâm khối Tứ diện 12 Bát diện 6 Đơn giản Khối lập 1 phương LỤC GIÁC Tứ diện 12 SÍT CHẶT Bát diện 6
TÍNH SỐ PHẦN TỬ (NÚT) TRONG MỘT Ô CƠ SỞ 1 n  .8  1 8 Lập phương đơn giản 1 n  .8  1  2 8 Lập phương tâm khối 1 1 n  .8  .6  4 8 2 Lập phương tâm mặt
3.KIM LOẠI LẬP PHƯƠNG NGUYÊN THỦY  Polonium (lập phương nguyên thủy): Maïng laäp  Vị trí các nguyên tử 0, 0, 0. phöông nguyeân thuûy  Số phối trí: 6  Khoảng cách giữa các nguyên tử: a.  Cho tới nay, chỉ một nguyên tố có cấu trúc lập phương nguyên thủy là dạng thù hình nhiệt độ thấp -Po.
3-KIM LOẠI LẬP PHƯƠNG TÂM KHỐI  a- Cấu trúc tinh thể Wolfram (lập phương tâm khối):  Tham số ô mạng: a = 0,316nm  Vị trí các nguyên tử: 0, 0, 0.  Số phối trí: 8. a 3  Khoảng cách giữa các nguyên tử: 2  Phần lớn các kim loại không KẾT TINH ở trạng thái sít chặt nhất, như Hình 1.17 các kim loại kiềm, Ba và một số kim Tinh theå Wolfram loại chuyển tiếp (Cr, W, Zr …) kết tinh nhanh ở dạng lập phương tâm khối.
KIM LOẠI Lôùp A CẤU TRÚC LẬP PHƯƠNG Lôùp C DIỆN TÂM (TÂM MẶT) Lôùp B  Đại diện: Cu (còn gọi là cấu trúc đồng)  Vị trí các nguyên tử: 0,0,0 (tâm mặt). Hình 1.13 Caáu truùc Cu  Số phối trí: 12 a  Khoảng cách giữa các nguyên tử: 2  Ô mạng cơ sở: lập phương tâm mặt (H.1.13).  Các kim loại có cấu trúc lập phương: Cu, Au, Ag, Ca, La, Ni, Pb, Pd, Pt, Sr và các nguyên tố khí trơ (trừ He) ở trạng thái rắn.  Các nguyên tử có khoảng cách tương đối đồng đều, có xu hướng thu hút số lớn nhất các phần tử nằm cạnh vào mạng tinh thể, do vậy, kiểu liên kết này thường có số phối trí lớn.
n: Số nguyên tử trong một ô mạng nA  A: nguyên tử lượng (g/mol) VC : Thể tích ô mạng VC N A NA : Số Avogadro (g/mol) (6,023 x 1023 ng.tử/mol) Ví dụ: Tính khối lượng riêng của đồng kim loại Cu. Giải: Cấu trúc đồng: FCC. Số nguyên tử trong ô cơ sở: 4 ng.tử/ô mạng Bán kính nguyên tử: R = 0,128 nm (1 nm = 10-7 cm) Thể tích ô mạng VC = a3 . Với ô mạng FCC, ta có: 4R a Vậy VC = 4,75.10-23 cm3 . 2 TÍNH KHỐI K.l.r. của Cu: LƯỢNG RIÊNG Cu  8,89 g / cm3 Thực tế: 8,94 g/cm3
CACBON (C)  Tinh thể & vô định hình  Nhiều dạng thù hình - Kim cương (diamond): tương tự ZnS - Graphite, - Fullerenes ( C60 ) ngoài ra C70 , C76 , C80 , C82
1.KIM CƯƠNG  Mỗi nguyên tử C liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử C khác (lai hóa sp3).  Cấu trúc lập phương kiểu diamond  Trong suốt, rất cứng (cứng nhất trong tự nhiên)  Ứng dụng: đồ trang sức, công nghiệp bột mài, dao cắt, màng mỏng …  Các tinh thể cùng kiểu cấu trúc: Si, Ge,  - Sb.
KIM CƯƠNG 1/2 1/4 3/4 1/2 1/2 3/4 1/4 1/2
GRAPHITE  Trên một lớp C liên kết tạo (sp2 ) lớp lục giác và liên kết còn lại liên kết với lớp khác.  Liên kết Van der Walls giữa các lớp tương đối yếu, dễ trượt trên mặt {0001}.  Ứng dụng: bôi trơn, vật liệu chịu lửa (chịu nhiệt độ cao, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, hệ số dãn nở nhiệt nhỏ, dễ gia công, rất bền nhiệt), làm điện cực, điện trở, thanh đốt, khuôn đúc, đuôi tên lửa…
3-FULLERENES, C60  Cacbon phân tử dạng túi lưới tương tự trái bóng đá. Gọi là buckyballs (theo R. Buckminister).  Gọi theo tên Fuller, người tìm ra đầu tiên vào 1985  C60 có cấu trúc mạng FCC với a=1.41 nm.  Mật độ 1.65 g/cm3 mềm, không dẫn điện (không có e tự do).  Ứng dụng: công nghệ nano C-tube  Nanotube có thể hình dung như các lớp graphite cuộn tròn lại  Hai đầu là hai nửa buckyball
MỘT SỐ TÍNH CHẤT K3C60  trong cấu trúc có K+, (tỷ lệ K:C=3/60 phân tử), tạo vật liệu K3C60  Thể hiện tính chất kim loại. K3C60 được xem như the first molecular metal chưa từng có.  Phân tử (buckyballs) K3C60 và các vật liệu phân tử tương tự trở thành siêu dẫn ở khoảng 18K (nhiệt độ tương đối cao)  Ứng dụng trong lĩnh vực tiêu thụ năng lượng thấp, thân thiện môi trường, thiết bị đây và bay đệm từ trong giao thông.  Các vật liệu ceramic tổng hợp khác thể hiện tính siêu dẫn ngay ở 100K, cao hơn nhiệt độ Ni-tơ lỏng
SỢI CARBON